Как устроен и работает трехфазный асинхронный электродвигатель. Каковы его основные характеристики и преимущества. Где применяются трехфазные асинхронные двигатели в промышленности и быту. Какие существуют способы защиты и управления такими двигателями.
Устройство трехфазного асинхронного двигателя
Трехфазный асинхронный двигатель состоит из двух основных частей:
- Статор — неподвижная часть с обмотками
- Ротор — вращающаяся часть
Статор имеет цилиндрическую форму и собран из тонких стальных пластин. В пазах статора размещены три обмотки, сдвинутые относительно друг друга на 120 градусов. При подключении обмоток к трехфазной сети в статоре создается вращающееся магнитное поле.
Ротор может быть двух типов:
- Короткозамкнутый — «беличье колесо» из алюминиевых или медных стержней
- Фазный — с обмоткой, выведенной на контактные кольца
Между статором и ротором имеется небольшой воздушный зазор около 0,3-2 мм. Это обеспечивает свободное вращение ротора.
Принцип работы трехфазного асинхронного двигателя
Принцип работы асинхронного двигателя основан на взаимодействии вращающегося магнитного поля статора и токов, индуцированных в роторе. Рассмотрим основные этапы:
- При подаче трехфазного напряжения на обмотки статора создается вращающееся магнитное поле
- Это поле пересекает проводники ротора и индуцирует в них ЭДС
- По проводникам ротора начинает протекать индукционный ток
- Взаимодействие тока ротора с магнитным полем статора создает крутящий момент
- Под действием момента ротор начинает вращаться в сторону вращения поля статора
Скорость вращения ротора всегда немного меньше скорости вращения магнитного поля статора. Эта разница называется скольжением. Из-за наличия скольжения двигатель и получил название асинхронного.
Основные характеристики трехфазных асинхронных двигателей
Рассмотрим ключевые параметры, характеризующие работу трехфазных асинхронных электродвигателей:
Синхронная скорость
Это скорость вращения магнитного поля статора. Она зависит от частоты питающего напряжения и числа пар полюсов обмотки статора:
n0 = 60f / p
где f — частота сети, p — число пар полюсов
Скольжение
Показывает отставание ротора от магнитного поля статора. Выражается в процентах:
s = (n0 — n) / n0 * 100%
где n0 — синхронная скорость, n — скорость ротора
Номинальная мощность
Мощность на валу двигателя в номинальном режиме работы. Измеряется в кВт или л.с.
КПД
Отношение полезной механической мощности к потребляемой электрической. Обычно составляет 70-95% в зависимости от мощности двигателя.
Коэффициент мощности
Отношение активной мощности к полной. Для асинхронных двигателей обычно находится в пределах 0,7-0,9.
Преимущества и недостатки трехфазных асинхронных двигателей
Трехфазные асинхронные электродвигатели имеют ряд достоинств и некоторые недостатки:
Преимущества:
- Простая и надежная конструкция
- Невысокая стоимость
- Высокая перегрузочная способность
- Простой пуск и возможность работы от сети
- Широкий диапазон мощностей (от долей до тысяч кВт)
Недостатки:
- Сложность регулирования скорости
- Большой пусковой ток (5-7 Iном)
- Низкий коэффициент мощности при малых нагрузках
- Зависимость характеристик от напряжения сети
Как улучшить характеристики асинхронного двигателя? Для этого применяются различные методы частотного управления, устройства плавного пуска и компенсации реактивной мощности.
Применение трехфазных асинхронных двигателей
Благодаря своим преимуществам, трехфазные асинхронные двигатели широко используются в различных отраслях:
- Промышленные приводы станков, насосов, вентиляторов
- Лифты и подъемные механизмы
- Конвейерные линии
- Компрессоры и холодильные установки
- Бытовая техника (стиральные машины, кондиционеры)
- Электротранспорт (трамваи, троллейбусы)
Практически в любой отрасли, где требуется электропривод, можно встретить трехфазные асинхронные двигатели.
Способы управления трехфазными асинхронными двигателями
Для регулирования работы асинхронных электродвигателей применяются следующие основные методы:
Частотное управление
Позволяет плавно регулировать скорость вращения путем изменения частоты питающего напряжения. Реализуется с помощью преобразователей частоты.
Устройства плавного пуска
Обеспечивают плавный разгон и торможение двигателя, ограничивая пусковые токи. Основаны на тиристорном управлении напряжением.
Релейно-контакторные схемы
Простые схемы пуска, реверса и переключения скорости многоскоростных двигателей. Управляют подачей напряжения на обмотки.
Реостатное управление
Применяется для двигателей с фазным ротором. Позволяет регулировать скорость и момент за счет изменения сопротивления в цепи ротора.
Защита трехфазных асинхронных двигателей
Для обеспечения надежной работы асинхронных двигателей применяются различные виды защиты:
- Тепловая защита от перегрузки
- Защита от короткого замыкания
- Защита от обрыва фазы
- Защита от повышенного и пониженного напряжения
- Защита от затянутого пуска
Защитные функции могут быть реализованы как отдельными устройствами, так и комплексными системами управления двигателями.
Заключение
Трехфазные асинхронные двигатели благодаря своей простоте, надежности и невысокой стоимости остаются самым распространенным типом электропривода в промышленности. Понимание принципов их работы и основных характеристик позволяет правильно выбирать и эксплуатировать эти электрические машины в различных применениях.
Работа трехфазного асинхронного двигателя в неноминальных условиях
Страница 7 из 25
Работа трехфазного асинхронного двигателя в условиях, отличных от номинальных
Асинхронные двигатели, согласно ГОСТу 183—66, должны отдавать номинальную мощность при отклонениях напряжения сети от номинального значения в пределах от —5 до +10%. В том случае, когда от номинальных значений одновременно отклоняются напряжение и частота, асинхронные двигатели должны отдавать номинальную мощность, если сумма процентных значений этих отклонений (без учета знака этих отклонений) не превосходит 10%.
В условиях эксплуатации сельских электроустановок часты случаи отклонения напряжения сети от номинального значения; частота сети отличается от номинальной прежде всего при питании от автономных энергетических установок (дизельные электростанции совхозов, отдельных хозяйств, резервные электростанции небольшой мощности).
Рассмотрим влияние на работу трехфазного асинхронного двигателя отклонений напряжения и частоты от их номинальных значений.
Работа двигателя при напряжении, по величине отличном от номинального
Напряжение ниже номинального.
Согласно уравнению (141), без учета падения напряжения U1=E1 = cf1Ф. При понижении напряжения понижается магнитный поток, а следовательно, и ток холостого хода /о. Если двигатель должен развить тот же момент, что и при номинальном напряжении, причем Имеется в виду момент номинальный или близкий к нему, то, согласно уравнению (182), М=смФ12COSф2, возрастает ток ротора и составляющая тока статора. Поэтому в зависимости от насыщения двигателя может остаться тем же, уменьшиться (при преобладании влияния) или, как чаще всего бывает, возрасти. При уменьшении напряжения свыше 5% ток, как правило, растет.
Коэффициент мощности при уменьшении напряжения (в оговоренных вначале пределах) обычно увеличивается в соответствии с увеличением активной и уменьшением реактивной составляющих тока статора, скольжение возрастает, коэффициент полезного действия несколько падает, перегрузочная способность двигателя уменьшается.
Напряжение выше номинального.
При повышении напряжения выше номинального все происходит противоположно сказанному выше. В двигателях с большим насыщением стали намагничивающий ток вместе с увеличением напряжения может возрасти непропорционально напряжению и ток статора может увеличиться. В этом случае двигатель будет перегреваться как из-за нагрева стали, так и вследствие увеличения тока в обмотке статора.
Между напряжением на зажимах статора и рабочими характеристиками двигателя (кривыми момента, тока статора) нет простой аналитической зависимости из-за нелинейности кривой намагничивания двигателя и влияния насыщения на параметры машины. Эти вопросы требуют специального рассмотрения.
Переключение обмоток статора слабо нагруженного двигателя с треугольника на звезду. Как показано выше, при нагрузке двигателя, близкой к номинальной, снижение напряжения на его зажимах обычно приводит к перегрузке обмоток по току и влечет за собой уменьшение коэффициента полезного действия и перегрев обмоток.
Но при малых нагрузках двигателя (до 30—35% номинальной) снижение подводимого к двигателю напряжения может улучшить его энергетические показатели. В этом случае, несмотря на увеличение тока ротора, а следовательно, и составляющей тока статора, из-за малой нагрузки ток ротора может не превысить номинального значения. Между тем уменьшение намагничивающего тока и потерь в стали статора вследствие уменьшения магнитного потока благоприятно скажется на значении энергетических показателей — коэффициенте мощности cos ф1 и коэффициенте полезного действия.
В отдельных случаях асинхронные двигатели в условиях эксплуатации могут оказаться временно недогруженными в оговоренных выше пределах. Если обмотка статора таких двигателей нормально соединена в треугольник, то для улучшения энергетических показателей при работе двигателя обмотку статора целесообразно переключить на звезду, понижая таким образом фазное напряжение в 3 раз. Перегрузочная способность при малой нагрузке остается обычно достаточной.
Работа двигателя при частоте, отличной от номинальной
Поскольку при уменьшении частоты U1=E1 — cflФ, магнитный поток, а следовательно, и намагничивающий ток двигателя увеличиваются. Если двигатель должен развить тот же момент, что и при номинальной частоте, то активные составляющие тока ротора и тока статора уменьшаются, Снижается и коэффициент мощности cosф1. Ток статора обычно возрастает из-за преобладающего влияния увеличения намагничивающего тока. Увеличиваются в статоре потери электрические и в стали, охлаждение несколько ухудшается, так как скорость вращения ротора понижается, нагрев двигателя возрастает.
Отклонения частоты от номинального значения в Электрических сетях обычно бывают небольшими, не превосходя ±1%. Такие колебания частоты не оказывают сколь-либо заметного влияния на работу асинхронного двигателя. По ГОСТу 183—66 двигатели должны отдавать номинальную мощность при отклонениях частоты от номинального значения до ±5%.
Работа двигателя при несимметричном напряжении сети
Возможная несимметрия напряжения в трехфазной сети предусматривается действующими электротехническими нормами, допускающими асимметрию напряжения до 5% (асимметрия напряжений оценивается отношением напряжения обратной последовательности к напряжению прямой последовательности.
Несимметричное напряжение в трехфазной сети наблюдается при присоединении ее к тяговым железнодорожным подстанциям. К потребителям, вызывающим появление заметной асимметрии напряжений в питающих линиях и сетях, обусловленной асимметрией токов в проводах, относятся однофазные электронагревательные установки и установки с однофазными контактно-сварочными аппаратами, сельские районы, электрифицированные по трехфазно-однофазной системе.
Не принимая во внимание насыщение двигателя, во время рассмотрения работы трехфазного двигателя при несимметричной системе напряжений, подводимой к его зажимам, используем метод симметричных составляющих. Поскольку нулевая точка соединенных в звезду обмоток асинхронного двигателя обычно изолирована, составляющая нулевой последовательности в токах q6motok не возникает, и на зажимах двигателя действуют (согласно теории симметричных составляющих) независимо друг от друга системы напряжений прямой и обратной последовательностей. В отдельных случаях, когда в системе первичных напряжений действует также система нулевой последовательности, по обмоткам статора двигателя могут проходить однофазные токи нулевой последовательности. Токи нулевой последовательности могут появиться в обмотках двигателя, соединенных в треугольник, при питании его от несимметричной системы напряжения вследствие неравенства сопротивления обмоток, как из-за неодинакового насыщения путей потоков рассеяния в разных фазах (приводит к изменению х1 и х2), так и из-за неодинакового нагрева обмоток (приводит к изменению). Но, поскольку токи нулевой последовательности не создают вращающегося магнитного поля и вращающего момента, при анализе работы двигателя их можно не принимать во внимание. Другими словами, и в этих случаях можно считать, что в системе первичных напряжений, подведенных к двигателю, нулевая последовательность как бы отсутствует.
Систему напряжений прямой последовательности можно рассматривать как ту, которая предполагалась приложенной к двигателю в условиях его питания от сети с симметричным напряжением. Теория рабочего процесса двигателя в этом случае достаточно подробно рассмотрена в предыдущих главах. Перенося положения этой теории на рассматриваемый случай, можно сказать, что система напряжений прямой последовательности вызывает в обмотках статора и ротора токи прямой последовательности, в свою очередь, образующие намагничивающие силы соответственно статора F11 и ротора F21 (дополнительный индекс, стоящий вторым, — это номер последовательности) и вращающееся поле Ф, в направлении которого движется ротор.
По аналогии система напряжений обратной последовательности, приложенная к обмоткам статора, вызывает в них токи статора обратной последовательности, создающие намагничивающую силу обратной последовательности, вращающуюся с той же скоростью, что и н. с. прямой последовательности F11, но в обратную сторону, так как токи имеют обратное чередование фаз. Поле, вызванное н. с. обратной последовательности, индуктирует в роторе токи обратной последовательности, создающие намагничивающую силу обратной последовательности ротора F22. В результате совместного действия н. с. F12 и F22 образуется общее магнитное поле обратной последовательности Ф2, идущее в сторону, противоположную движению ротора с синхронной скоростью.
Ухудшение работы двигателя при несимметричном напряжении сети связано с тем, что значение развиваемого двигателем момента, а следовательно, и мощности, по существу определяется только составляющей тока прямой последовательности, а нагрев двигателя зависит от значения тока, включая также составляющую обратной последовательности. Поэтому при несимметричном напряжении нагрев двигателя окажется выше, чем при той же нагрузке и питании его от сети с симметричным напряжением.
Результирующие токи в фазах статора, равные геометрической сумме токов прямой и обратной последовательностей, не одинаковы по значению, увеличиваясь в одних и уменьшаясь в других фазах по сравнению с симметричным режимом при той же нагрузке. При таком токораспределении длительную допустимую мощность можно установить на основе следующих рассуждений. При номинальном токе в наиболее нагруженной фазе статора, слагающемся из токов обеих последовательностей, значение электрических потерь в обмотке статора будет в целом меньше, чем при работе двигателя в номинальных условиях, когда номинальный ток проходит во всех трех фазах. При меньшем значении электрических потерь уменьшится отдача тепла, идущего от всех фаз статора на сталь, и, предполагая достаточную степень тепловыравнивания, можно считать, что температура стали статора будет меньше той, которая наблюдается при работе двигателя в номинальном режиме.
Следовательно, для наиболее нагруженной фазы можно увеличить перепад температуры между медью (проводом) и сталью по сравнению с симметричным режимом. Это позволяет установить значение тока наиболее нагруженной фазы выше номинального, чтобы температура обмотки (меди) наиболее нагруженной фазы при несимметрии оказалась равной температуре обмотки (меди) в симметричных условиях при номинальной нагрузке.
Как показали расчеты, проведенные для двигателей серии А, длительная допустимая мощность для двигателей до 7 квт (обмотка однослойная) типа А при а=5% снижается по сравнению с номинальной на 10—15%, при а=10%—на 25—45%, а для двигателей типа АО соответственно на 10—20 и 30—50%. Для двигателей мощностью от 10 кет и выше с двухслойными обмотками допустимая мощность выше, чем для двигателей с однослойными обмотками, соответственно на 5% при а = 5% и на 10% при а=10%.
При коэффициенте несимметрии напряжений а=1—2% длительная допустимая мощность ниже номинальной на 3—4%; в эксплуатации за счет теплового запаса в двигателях серии А этого снижения можно не делать.
Асинхронный двигатель, работающий в сети с несимметричным напряжением, как вхолостую, так и под нагрузкой создает уравновешивающий эффект, то есть стремится уменьшить несимметрию напряжений. Это объясняется тем, что токи обратной последовательности двигателя частично компенсируют в линии токи обратной последовательности нагрузки. Уравновешивающий эффект тем сильнее, чем меньше результирующее сопротивление обратной последовательности двигателя.
- Назад
- Вперёд
принцип работы, преимущества и недостатки
Асинхронный электродвигатель — это электрическая машина, работающая на переменном токе. Для создания крутящего момента она использует вращающееся магнитное поле, которое образуется в статоре. Электродвигатели асинхронные трехфазные находят применение в промышленности, строительстве, используются в бытовых приборах. Они обладают простой и надёжной конструкцией, требуют мало ухода, имеют простой запуск и выносят большие перегрузки.
- Устройство и принцип работы
- Способы подключения
- Преимущества и недостатки трёхфазных двигателей
- Защита электродвигателей
Устройство и принцип работы
Асинхронный трехфазный двигатель имеет неподвижную часть — статор и вращающуюся — ротор. Между ротором и статором образован воздушный зазор около двух миллиметров. Статор двигателя имеет три обмотки, расположенные под углом 120°. Внутри находится магнитопровод. При подаче на обмотки переменного напряжения в них создаётся вращающееся магнитное поле, которое наводит индукционный ток в роторе.
Крутящий момент появляется при взаимодействии вращающихся магнитных полей статора и ротора. В рабочем режиме частота вращения ротора всегда меньше частоты вращения магнитного поля. Из-за этого отставания двигатель называется асинхронным. Проводники трехфазной обмотки статора укладываются в пазах. Магнитопровод статора набирается из пластин.
Двигатели бывают с короткозамкнутым и фазным ротором. Короткозамкнутый ротор иногда называют «беличье колесо». Он составлен из стержней, замкнутых с торцов двумя кольцами. Материал стержней — это алюминий и реже медь или латунь. Фазные роторы имеют три обмотки, расположенные так же, как и на статоре.
Выводы обмотки соединяются с закреплёнными на валу контактными кольцами. Кольца изолируются между собой и от вала. С помощью щёток к ним присоединяется реостат, служащий для регулировки оборотов электродвигателя.
Способы подключения
Концы обмоток выводятся на клеммник и коммутируются по стандартным схемам «звезда» или «треугольник». Разница между схемами состоит в том, что у «звезды» линейное напряжение больше, чем у «треугольника». На практике часто применяют комбинированное подключение. Во время запуска и разгона коммутируют «звезду», а «треугольник» используют в рабочем режиме. Методы подключения двигателя к сети:
- Прямое подключение.
- Через устройство плавного пуска. Применяется в случае, когда регулировка требуется только в момент пуска.
- При помощи инвертора, который регулирует частоту подаваемого на вход напряжения. Он регулирует плавный пуск и остановку двигателя, изменяет частоту вращения ротора.
Преимущества и недостатки трёхфазных двигателей
Асинхронные электродвигатели находят применение в приводах станков, подъёмных кранов, лифтов, лебёдок, сельскохозяйственных машин, прокатных станов. К их преимуществам относятся следующие факторы:
- простое устройство;
- надёжность и долговечность;
- невысокий уровень шума;
- работа прямо от трёхфазной сети.
Низкая стоимость электрических машин и простота в эксплуатации обуславливают их частое использование в промышленных установках. Но наряду с несомненными преимуществами у этих машин имеются и недостатки:
- Отсутствие простых способов регулирования скорости.
- Зависимость частоты вращения ротора от нагрузки на валу. При увеличении нагрузки скорость вращения снижается.
- Высокий пусковой ток.
- Чувствительность к изменениям сетевого напряжения.
- Большое потребление реактивной мощности.
Асинхронные двигатели представляют собой индуктивную нагрузку и потребляют реактивную мощность, которая не производит механической работы. Она нагревает кабели, понижает напряжение, повышает ток.
Потребление индуктивной мощности можно компенсировать с помощью установки батарей конденсаторов параллельно мотору. Это позволит уменьшить потери и затраты на электроэнергию.
Защита электродвигателей
Автоматы защиты электродвигателя трёхфазного предохраняют от тока короткого замыкания, от длительных перегрузок, от дисбаланса фаз в электропитании или внутри электродвигателя. Это приводит к перегреву двигателя и к отказам в работе. Защитное устройство автоматически отключит двигатель при появлении нештатной ситуации.
Часто применяется защита электродвигателя при помощи универсальных мотор-автоматов. Эти устройства имеют модульную конструкцию и управляют работой силовых контакторов, а некоторые мотор-автоматы разрешают точно регулировать параметры защитного отключения.
При выборе асинхронных машин и в процессе их эксплуатации следует учитывать характеристики асинхронного электродвигателя. Только при этом условии можно добиться наиболее эффективного использования установки.
Принцип работы трехфазного асинхронного двигателя
Поиск
Когда трехфазные обмотки статора питаются от трехфазного источника питания, создается вращающееся магнитное поле. Это вращающееся магнитное поле, разрезая неподвижные проводники ротора, индуцирует ЭДС. в этих проводниках. Поскольку ротор представляет собой замкнутую цепь, в цепи ротора протекает ток, направление которого находится по правилу правой руки Флеминга. За счет этого тока ротора вокруг проводников ротора создается другое магнитное поле. Теперь при взаимодействии этих двух магнитных полей на эти проводники действует механическая сила, стремящаяся их вращать.
Синхронная скорость
Скорость вращения поля статора называется синхронной скоростью. Она определяется по формуле:
Ns = 120f
Где
Ns = синхронная скорость в об/мин.
F = Частота питания в циклах в секунду.
P = количество полюсов статора.
Скорость ротора
Фактическая механическая скорость ротора называется скоростью ротора. Она всегда меньше синхронной скорости поля статора. Обозначается буквой «N» и измеряется в об/мин.
Скорость скольжения и скольжение
Разница между синхронной скоростью и фактической скоростью ротора называется скоростью скольжения. Скольжение обозначается буквой «S».
Дробное скольжение S = (Ns – N) / Ns
Процентное скольжение S = (Ns – N) N x 100
Частота тока ротора
В состоянии покоя частота тока ротора равна частоте сети. Но когда ротор начинает вращаться, то частота тока ротора зависит от относительной скорости или скорости скольжения:
Пусть:
fr = частота тока ротора в циклах/сек.
Скорость скольжения = 120fr / P
Ns — N = 120fr / P — (1)
А
S = (Ns — N ) / Ns
Или
Ns — N = S
Ns = S (120f/P) — (2)
Сравнивая уравнение (1) и (2), получаем:
S (120f / p) = 120fr / P
Или
fr = Sf
т.е. текущая частота равна скольжению, умноженному на частоту питания.
ПРИМЕР 1:
4-полюсный 3-фазный асинхронный двигатель работает от сети с частотой 50 Гц. Вычислите:
- скорость, с которой вращается магнитное поле статора;
- скорость ротора при скольжении 0,04.
- частота тока ротора при скольжении 0,03
- частота тока ротора в состоянии покоя.
РЕШЕНИЕ
(i) Поле статора вращается с синхронной скоростью:
Ns = 120f/P = (120×50)/4 = 1500 об/мин.
(ii) Скорость ротора:
S = (Ns-N)/Ns или N = Ns (1-S)
N = 1500 (1 — 0,04)
N = 1440 об/мин.
(iii) частота тока ротора, fr = Sf
fr = 0,03 x 50 = 1,5 цикла/сек.
(iv) в состоянии покоя, S = 1
fr= Sf = 1 x 50
fr= 50 циклов/сек.
ПРИМЕР 2:
4-полюсный 3-фазный асинхронный двигатель питается от источника электроэнергии с частотой 50 циклов/сек. Частота тока ротора 1,5 цикл/сек. Найдите скольжение и скорость ротора.
РЕШЕНИЕ
fr = Sf или S = fr/f = 1,5/50 = 0,03 или 3%
Ns = 120f/P = (120x 50)4 = 1500 об/мин.
N = Ns (I — S) = 1500 (1 — 0,03) = 1455 об/мин.
ПРИМЕР 3:
Если э.д.с. в роторе 8-полюсного асинхронного двигателя частота 1,5 Гц, а в статоре 50 Гц, с какой скоростью работает двигатель и каково скольжение.
РАСТВОР
fr = Sf
1,5 = S x 50
S = 0,03 или 3%
Ns = 120f/P = (120 x 50)8 = 750 об/мин.
Процент S = ((Ns – N)/750) x 100
3 = ((750-N)750) x100
N = 727,5 об/мин.
Категория
Базовая электроника
Трехфазные двигатели
Трехфазные электродвигатели
Трехфазные асинхронные двигатели являются рабочей лошадкой промышленности. Исторические данные гласят, что разработка электрического асинхронного двигателя началась в 1887 году и быстро развивалась. до конца века. В одной статье на Wikipedia.org© говорится, что… «Усовершенствования асинхронных двигателей, вытекающие из этих изобретений и инноваций, были такими что асинхронный двигатель мощностью 100 лошадиных сил в настоящее время имеет те же монтажные размеры, что и двигатель мощностью 7,5 лошадиных сил в 1897 году. многочисленные инженерные веб-сайты, официальные документы и технические документы о тонкостях проектирования и эксплуатации асинхронных двигателей, полная статья с Wikipedia. org© довольно обширен и настолько технический, насколько это необходимо, чтобы помочь понять «истинную» работу «асинхронного двигателя». Если вас интересует общее история и базовый дизайн этого устройства, я рекомендую вам щелкнуть эту ссылку, чтобы перейти к Веб-сайт Wikipedia.org© и их статья об «Асинхронном двигателе».
Хотя я не собираюсь вдаваться в подробности конструкции трехфазного двигателя, мы предложим некоторую информацию о тонких различиях в конструкциях и характеристиках NEMA. асинхронного двигателя. Например, разные двигатели с одинаковой номинальной мощностью могут иметь разные пусковые токи, кривые крутящего момента, скорости и другие параметры. И когда ты выбирают двигатель для предполагаемого убедитесь, что учтены все технические параметры.
Конструкции NEMA
NEMA (Национальная ассоциация производителей электрооборудования) является руководящим и инженерным органом, занимающимся проектированием и эксплуатационными характеристиками многих электрических продукты. Электродвигатели являются лишь одним из таких элементов. NEMA определило и идентифицировало четыре «конструкции» двигателей. Эти четыре конструкции NEMA имеют уникальное соотношение скорости, крутящего момента и проскальзывания, что делает их подходящими для различных типов приложений.
NEMA исполнение A: имеет максимальное скольжение 5%; пусковой ток от высокого до среднего; нормальный заблокированный крутящий момент ротора; нормальный разрывной момент; и подходит для широкого спектра применений — например, вентиляторы и насосы.
NEMA исполнение B: имеет максимальное скольжение 5%; низкий пусковой ток; высокий заблокированный крутящий момент ротора; нормальный разрывной момент; и подходит для широкого спектра применений с нормальным пусковым моментом — обычно в системах ОВКВ с вентиляторами, воздуходувками и насосы.
NEMA исполнение C: имеет максимальное скольжение 5%; низкий пусковой ток; высокий заблокированный крутящий момент ротора; нормальный разрывной момент; подходит для оборудования с высокой инерцией и высоким пусковым моментом при пуске – например, объемных насосов, и конвейеры.
NEMA исполнение D: имеет максимальное скольжение 5-13%; низкий пусковой ток; очень высокий крутящий момент заблокированного ротора; подходит для оборудования с очень высокой инерцией пуска, такого как краны, подъемники и т. д.
Поэтому, когда вы выбираете двигатель, убедитесь, что вы выбрали правильный. САМЫЙ РАСПРОСТРАНЕННЫЙ тип двигателя в промышленности сегодня, и тот, который вы найдете на полках большинства поставщиков, это NEMA исполнение B . И по мотору этого не скажешь! Все они будут выглядеть одинаково. Ваш знающий торговый представитель сможет рассказать какой тип двигателя вы покупаете, но если вы хотите проверить это сами… посмотрите на шильдик. Дизайн NEMA является одним из «обязательных» полей, отображаемых на паспортная табличка двигателя.
Скорость вращения и крутящий момент
Безусловно, важным фактором при выборе двигателя является скорость вращения вала двигателя. Ведь именно там подключается нагрузка. Мы слышим, как люди говорят о двигателе скорости 3600 об/мин, 1800 об/мин и другие. Ну, это «синхронные» скорости, иногда называемые «холостыми». Видите ли, асинхронный двигатель будет производить только «крутящий момент». по мере того, как он загружается, и по мере того, как он замедляется под нагрузкой и «скользит» обратно по так называемой «кривой скорости-крутящего момента».
Если вы развернете эту диаграмму, вы увидите, что «рабочая область» двигателя находится в диапазоне от «Синхронная скорость» до значения, называемого «Номинальная скорость». Область между этими двумя скоростями и есть «скольжение». асинхронного двигателя. Это значение варьируется в зависимости от нагрузки, но стандарты NEMA говорят, что оно должно составлять не более 5%. Это переводится как «номинальная скорость» (или, чаще, как «Скорость при полной нагрузке») в диапазоне 4-5%. То, что вы увидите на паспортных табличках двигателей, будет примерно 3450 об/мин или 1740 об/мин и т. д.
Асинхронные двигатели имеют синхронные скорости, основанные на «количестве пар полюсов», намотанных на обмотку статора двигателя при его изготовлении. Поскольку они представляют собой «пары полюсов», число Количество полюсов будет обозначено как 2-полюсное, 4-полюсное, 6-полюсное, 8-полюсное и т. д. Количество полюсов НЕ будет указано на паспортной табличке двигателя, но будет указано число оборотов при полной нагрузке. Если вы ЗНАЕТЕ количество ПОЛЮСОВ в двигателе, вы можете рассчитать синхронную скорость по формуле:
Скорость синхронизации = (120 x частота линии электропередачи)/количество полюсов.
Для 4-полюсного двигателя на частоте 60 Гц (стандарт в США) это будет:
Скорость синхронизации =
7200/4
Синхронная скорость = 1800 об/мин
Таким образом, 4-полюсный двигатель имеет синхронную скорость 1800 об/мин
и приблизительную скорость полной нагрузки 1740 об/мин.
Когда дело доходит до Torque … что действительно работает, у нас другая формула. Крутящий момент измеряется в фунтах-футах (lb-ft) по имперским стандартам, и Ньютон-метры (Нм) в метрических стандартах. Чтобы рассчитать крутящий момент, который будет производить ваш двигатель, используйте следующую формулу:
Крутящий момент = (5250 x мощность)/об/мин
Таким образом, для 5 лошадиных сил, 4-полюсного двигателя мы имеем:
Крутящий момент = (5250 x 5) / 1800
Крутящий момент = 26250 / 1800
Крутящий момент = 14,6 фунт-фут
Но помните, наш двигатель «нагружен» до мощности 5 л. с., поэтому он «скатился» обратно к более медленным оборотам, примерно 1740 об/мин. Снова запустите последний расчет, используя этот «НОВЫЙ» значение…
Крутящий момент = 26250 / 1740
Крутящий момент = 15,0 фунт-фут
Нам всем нравятся «Правила большого пальца», верно? Что ж, вот ваше «Правило большого пальца» на сегодня…
«Двигатель, работающий со скоростью 1740 об/мин
, будет производить крутящий момент
3 фунт-фута на каждую номинальную лошадиную силу.»
Таким образом, 4-полюсный двигатель мощностью 150 л.с. будет развивать крутящий момент 450 фунт-футов при полной нагрузке.
Характеристики паспортной таблички
Пока мы этим занимаемся… вот фотография типичной таблички с информацией, «требуемой» NEMA. Надеюсь, это поможет вам понять всю «необходимую» информацию и также указать вам некоторые дополнительные «полезные» данные, которые помогут вам в процессе выбора.
Напряжение
Еще одна важная характеристика, которую следует учитывать, — это требования к «напряжению» вашего проекта. На вашем объекте может быть трехфазное питание, поступающее на распределительный щит, и эта мощность обычно будет при одном «напряжении». У вас может быть 4160 В переменного тока, поступающего на завод, но преобразованное до 480 В переменного тока, когда оно подается в распределительный щит. Тогда, если вы Если у вас 3-фазная 4-проводная система, у вас будет 480/277 В переменного тока. И, возможно, у вас есть только три фазы 240 В переменного тока. Все это нужно знать при покупке ваш мотор.
Большинство производителей двигателей выпускают свои «обычные» двигатели как конструкции с «двойным напряжением». Это означает, что двигатель намотан и изготовлен таким образом, чтобы его можно было «переподключение» в поле для любого из напряжений, на которое рассчитан двигатель. И давайте проясним некоторые напряжения… мощность распределяется (и мы называем это) как 480VAC трехфазное питание. Номинальные характеристики двигателей указаны на паспортной табличке как 460 В переменного тока. Почему разница? Один из самых распространенных ответов таков: Коммунальное хозяйство (ваша местная энергетическая компания) говорит о » максимальная потеря напряжения » 3% между их переданным напряжением и вашим «полученным» напряжением. Итак, если энергетическая компания «передает» 480 В переменного тока, и, учитывая максимальные потери 3%, мы имеем потенциальные «потери» 14,4 В переменного тока. Вычтите это из 480 В переменного тока, с которого мы начали, и у вас получится Доступно 465,6 В переменного тока. Это число «округляется в меньшую сторону» до «номинального» расчетного напряжения электродвигателей 460 В переменного тока.
Вернемся к конструкции с двойным напряжением… эти обычные двигатели «намотаны» (изготовлены), а обмотки соединены таким образом, что при отправке они имеют достаточно «выводов» выведены в распределительную коробку, чтобы внутренние обмотки можно было «повторно соединить» в распределительной коробке для любого из расчетных напряжений. В зависимости от производителя и конструкции в распределительной коробке может быть 6, 9 или 12 проводов. Еще одно соображение заключается в том, соответствует ли двигатель NEMA (в основном США) или IEC (некоторые США, но остальной мир). Ниже приведена фотография возможных соединений с этими «двухвольтовыми» двигателями. Важно иметь в виду, что «схема подключения» будет включена в комплект поставки. мотор. Он будет либо отображаться «на заводской табличке», внутри клеммной коробки на задней стороне крышки, либо на листовке с инструкциями внутри клеммной коробки или прикрепленной к мотор. Используйте информацию, прилагаемую к МОТОРУ. Приведенные ниже схемы являются общими и могут НЕ относиться к вашему конкретному двигателю.
Корпуса
Одним из других аспектов, который необходимо учитывать при выборе подходящего двигателя, является конструкция «корпуса». Обычные двигатели доступны в различных стилях дизайна, но наиболее часто используемые и поэтому, скорее всего, будут быстро доступны ODP (открытая защита от капель), TEFC (полностью закрытый, с вентиляторным охлаждением), TENV (полностью закрытый, невентилируемый), TEAO (полностью закрытый, с воздушным охлаждением). Over) и EXP (взрывобезопасность). И из этих «стандартных» корпусов ODP и TEFC широко используются в отрасли.
ODP предназначен для использования в более чистых помещениях. В то время как TEFC (поскольку он полностью закрытый) применяется вне помещений, в грязных и влажных средах, в жирных и жирные места и в основном «неприятные» виды работ. Помимо некоторых приложений HVAC, корпуса TENV и TEAO несколько специализированы.
Взрывозащищенные корпуса
Корпуса EXP очень специфичны, и вы должны быть очень осторожны при использовании таких двигателей. Из-за опасного характера их применения эти моторы довольно строго регламентированы и классифицированы. В категории «Взрывобезопасность» существуют различные «классы». Температура окружающей среды двигателя не должна превышать +40°C. Объяснение этих «классов» показано ниже.
Здесь следует дать дополнительное объяснение классификаций… по мере того, как вы читаете «вниз» список «Групп», чем ближе к ВЕРХУ списка, тем «взрывоопаснее». Так например, атмосфера, относящаяся к полному классу I, группа A, является «хуже (более взрывоопасной)», чем класс I, группа D. А класс I, группа C «хуже (более взрывоопасна)», чем класс II, группа F. То, что конкретный взрывозащищенный двигатель одобрен для класса I, группы D, не означает, что он приемлем для класса I, группы A, B или C атмосфера. Обязательно сверьтесь с заводской табличкой двигателя и/или обратитесь к производителю, если есть какие-либо сомнения. Теперь к списку:
КЛАСС I (газы, пары)
- Группа А — Ацетилен
- Группа B — Бутадиен, этиленоксид, водород, пропиленоксид
- Группа C — Ацетальдегид, циклопропан, диэтиловый эфир, этилен, изопрен
- Группа D — Ацетон, акрилонитрил, аммиак, бензол, бутан, этилендихлорид, бензин, гексан, метан, метанол, нафта, пропан, пропилен, стирол, толуол, винилацетат, винилхлорид, ксилема
КЛАСС II (Горючая пыль)
- Группа E — Алюминиевая, магниевая и другая металлическая пыль с аналогичными характеристиками.
- Группа F — Технический углерод, кокс или угольная пыль
- Группа G — Мука, крахмал или зерновая пыль
КЛАСС III (волокна и ворсинки)
- Группа G — Мука, крахмал или зерновая пыль
Здесь можно отметить, что в некоторых «пылевых» атмосферах, включая некоторые «зернохранилища», «зерновой помол» и другие запыленные атмосферы, стандартный двигатель TEFC «МОЖЕТ» быть приемлемый. Обязательно проконсультируйтесь с местным начальником пожарной охраны или органом NFPA, прежде чем использовать двигатель в такой атмосфере.
Размеры рамы
И, наконец, «Размеры рамы». Это ОЧЕНЬ БОЛЬШОЙ вопрос для обсуждения и очень важный для вашего выбора. Но для ясности, из-за электрических характеристик и законов физики, у вас не так много «выбора», когда речь идет о конкретном размере рамы для двигателя определенной мощности. Я имею в виду, что вы не можете получить электродвигатель мощностью 50 л.с. в 254T. рамка! Это просто слишком маленькая масса стали для такого количества производимой лошадиной силы. Таким образом, у NEMA есть определенные критерии, которым должны соответствовать производители при разработке своих моторы. Таким образом, отрасль довольно стандартна, когда речь идет о монтажных размерах для определенной мощности и скорости двигателя у разных производителей. Быть в курсе, что Однако «некоторые» производители имеют в своих предложениях несколько «мошеннических» рамных двигателей. Я знаю только пару, где мотор 7,5 л.с. предлагается в раме обычного 5 л.с. мотор. Или предлагается 5 л.с. в обрамлении мотора 3 л.с. Их, однако, очень мало, и они становятся МЕНЕЕ доступными, чем в самом недавнем прошлом.
Нам также необходимо знать о различиях между фреймами NEMA и фреймами IEC (метрическая система). Двигатели IEC обычно меньше и компактнее, чем конструкция рамы NEMA, когда мы сравните HP с HP. Если вы давно работаете в нашей отрасли или работали с электродвигателями (и находитесь в США), вы, вероятно, запомнили различные размерные ссылки, которые важны для вас при применении двигателей в новом или существующем приложении. В кругах NEMA важными ссылками на кадр являются U, N, V, D, H, E, BA, 2F, P и C. Но теперь, когда у нас есть рамки и рейтинги МЭК, нам нужно изучить метрическую систему размерных величин. Поэтому в приведенной ниже таблице мы расположили значения рядом друг с другом, чтобы помочь вам в переход от NEMA к IEC.
Таблица рамы двигателя Буквенные определения | ||
Определение | НЭМА | МЭК |
Диаметр вала | У | Д |
Длина вала (общая) 903:30 | Н | Э |
Длина вала (полезная) | В | Э |
Осевая линия вала от основания | Д | Х |
Диаметр отверстия монтажного основания | Х | К |
Глядя на вал двигателя, от вертикальной осевой линии двигателя/вала до отверстия монтажного основания; слева и справа | Э | А/2 |
Если смотреть сбоку на двигатель, от конца рабочей точки вала до первого монтажного отверстия. 903:30 | ВА | С |
Если смотреть сбоку на двигатель, от первого (переднего) монтажного отверстия до (заднего) монтажного отверстия. | 2F (1) | Б |
Глядя на вал двигателя, общий диаметр рамы, за вычетом кабельной коробки. 903:30 | Р (2) | АС |
Если смотреть сбоку на двигатель, от конца вала до самого дальнего края рамы двигателя, включая кожух вентилятора, если существующий. | С (3) | л |
(1) Внимание! Некоторые производители могут просверлить несколько наборов отверстий для размещения нескольких рам | ||
(2) Этот размер НЕ подходит для всех производителей. | ||
(3) Этот размер НЕ может быть указан в таблице рам производителя. Длина двигателя может быть разной. 903:30 |
И хотя мы пытаемся НЕ отдавать предпочтение одному производителю, а не другому, в случае с этой темой мы будем скорее ориентироваться на производителя. ABB/Baldor имеет IEC и Каркасные диаграммы NEMA в одной форме PDF. Поэтому, когда вы нажмете на ссылку, чтобы просмотреть диаграмму в полном размере, она будет рекламировать имена ABB/Baldor, и мы используем ее, потому что это красиво. полную диаграмму, а не потому, что это конкретный производитель.
Motor Resources
В качестве последнего примечания к 3-фазному электрическому асинхронному двигателю, если у вас есть шанс, мы нашли пару ресурсов, которые мы считаем довольно хорошими. чтение. Они образовательные и из надежных источников. Вы можете щелкнуть ссылки ниже, чтобы просмотреть их.
- Руководство по выбору двигателя от GE
- Базовое обучение работе с промышленными и коммерческими продуктами от Лисон
Двигатель с фазным ротором представляет собой трехфазный двигатель с ДВУМЯ обмотками, по сравнению с «одной» обмоткой в стандартном «3-фазном асинхронном двигателе». часть рамы (статора) двигателя почти идентична родственному двигателю, стандартному асинхронному двигателю, но в этом случае секция РОТОР двигателя также имеет обмотку. вставлен. Стандартный асинхронный двигатель имеет ротор в виде «клетки», состоящий из стержней из алюминия или меди с кольцами, прикрепленными к каждому концу… образуя тип «клетки». Отсюда и прозвище «Беличья клетка». Затем клетка «отливается» из алюминиевого сплава. Стержни клетки ротора и торцевые кольца проводят электричество внутри себя из-за образования магнитное поле от статора.
Наш двигатель с фазным ротором со второй обмоткой имеет несколько явных преимуществ по сравнению со стандартным асинхронным двигателем. Во-первых, контактные кольца с их щетки, к которым прикреплены выводы, которые заканчиваются каким-то «сопротивлением». Если сопротивление «фиксировано» по значению, то двигатель будет иметь четкий пусковой момент, и это рабочая (номинальная) скорость будет иметь значение МЕНЬШЕ проектной «синхронной скорости». Реальным преимуществом является то, что при обмотке ротора (через токосъемные кольца и щетки) подключен к «переменному резистору», то при изменении сопротивления также изменяются характеристики скорости и пускового момента двигателя. Из-за высокого старта крутящий момент, доступный с двигателем с фазным ротором, и возможность изменять скорость, они широко использовались (и используются до сих пор) в подъемной и крановой промышленности. Некоторые из тех приложения перенаправляются на частотно-регулируемый привод и асинхронный двигатель. Недостатком этого двигателя является более высокое техническое обслуживание из-за износа щеток и контактных колец. но роторы с обмоткой все еще имеют свое место.
Синхронный двигательХотя инженеры и технические специалисты идентифицируют этот двигатель как трехфазный двигатель, поэтому он упоминается здесь, у нас он более четко классифицируется как «Особый» мотор и поэтому он включен в эту тему страницы нашего сайта. Щелкните эту ссылку, чтобы перейти непосредственно на эту страницу.
Синхронный двигатель с гистерезисомХотя инженеры и технические специалисты идентифицируют этот двигатель как трехфазный двигатель, поэтому он упоминается здесь, у нас он более четко классифицируется как «Особый» мотор и поэтому он включен в эту тему страницы нашего сайта.